富水破碎软岩巷道破坏机理及支护技术研究

随着浅部矿产资源的枯竭,矿井逐渐向深部发展,面对深部富水破碎软岩巷道支护时,巷道底鼓变形尤为突出。为确保顺利通过富水破碎软岩区域,针对某矿-570 m水平巷道支护难题,分析围岩破坏力学特征,建立底鼓力学模型,综合分析富水破碎软岩巷道围岩破碎机理,提出了反底拱与砌碹联合支护技术。现场检测结果表明,采用反底拱与砌碹联合支护技术,有效降低了淋水量,减少了积水渗入底板,改善了底板围岩条件,有效降低了巷道底鼓量,最大底鼓量不大于50 mm,确保了该巷道围岩稳定与支护安全。

隧道开挖及仰拱初期支护成环施工工艺研究

文章以朗晃Ⅱ号隧道为研究对象,分析了隧道开挖及仰拱初期支护成环施工工艺。该工艺对提高隧道施工效率、保证施工安全、降低成本和提高工程质量具有重要意义。其中,在隧道开挖环节,阐述了隧道开挖方法选择和开挖面稳定措施;在仰拱初期支护成环施工中,提出了仰拱初期支护的重要性和仰拱初期支护成环施工工艺,为实际施工提供了科学依据和参考。研究结果表明:隧道开挖及仰拱初期支护成环施工工艺为隧道施工工艺的改进和发展提供了新思路和方法。

基于“加固拱”理论对煤巷支护技术的研究

针对余吾煤业大断面煤巷支护困难的问题,以N3102工作面运输顺槽为工程背景,在加固拱理论的基础上,采用锚网索联合支护,形成较大范围的“双重组合加固拱”,结合现场地质情况,确定支护方案,选择合理的支护参数。实践表明:支护效果良好,达到了预期的支护目标,显著地提高了支护强度,能够满足矿井安全生产的需求,可为该矿其他类似巷道的支护提供借鉴。

Surrounding rock control mechanism of deep coal roadways and its application

Aiming at the surrounding rock control problem of mining and preparation entries in Xingdong mine with large mining depth, and the comprehensive control countermeasures including high pre-stress cable truss system, this study put forward powerful anchor support system and anchor cable adaption technology to surrounding rock deformation. Furthermore, the control measures possess the supporting performance with ‘‘primary rigid-following flexible-new rigid, and primary resistance-following yield-new resistance'', which suits deep roadway surrounding rock control. The mechanical model of truss anchor supporting roof beams was established, and the inverted arch deflection produced by the cable pre-stress with stress increment effect and roof beam deflection were obtained. And then the system working mechanism was illustrated. Finally, the surrounding rock support parameters were determined by means of comprehensive methods, and put into practice. The results show that surrounding rock deformation realized secondary stability after three months. The roadway sides convergence value was less than 245mm, and roof subsidence was less than 124mm. In addition, there was no expansion and renovation during service period.

火灾下钢筋混凝土简支板力学响应机理

拉力膜理论针对的是板大变形下开裂状态的研究,对于火灾下板发生大变形尚未开裂的机理缺乏合理的解释。为此该文采用合理的材料热工性能和热-力耦合本构关系,应用ABAQUS有限元软件对火灾下钢筋混凝土简支单向板和双向板的温度场和热力耦合场进行了三维实体有限元分析,在实验验证的基础上深入探讨火灾下混凝土和钢筋的应力变化规律以及钢筋混凝土简支板的力学响应机理。分析结果表明:简支板发生了激烈的应力重分布现象,其变形过程经历弹性、弹塑性、塑性以及受拉开裂四个阶段,在弹塑性和塑性阶段板底混凝土双向受压的倒拱效应使得双向板抗火性能优秀;当火灾下钢筋混凝土简支板实验没有达到力学响应的受拉开裂阶段时,板底直接受火区域不会出现开裂现象;与单向板相比,双向板进入塑性与受拉开裂阶段的时间大幅度延长,且塑性与受拉开裂阶段变形速率减缓,因此其抗火性能更优。

深井软弱围岩联合控制技术及耦合叠加拱承载效应研究

为有效解决深井软弱围岩巷道稳定控制技术难题,以淮南某矿-962 m轨道大巷为工程背景,依据软岩应力-应变曲线及围岩应力变化和强度之间的关系,建立圆形巷道围岩破坏分区力学模型,将开挖后的巷道由表及里依次划分为残余区、塑性软化区、塑性硬化区及弹性区,以阐明锚杆(索)锚固系统变形失稳机制,并提出深井软弱围岩的控制要点及关键技术。在此基础上,提出高预应力支护构件遏制残余区扩展、有效的支护承载区发挥围岩承载能力、极大提高软弱围岩承载强度及完整性、薄弱部位补强支护形成完整承载圈等4个围岩控制要点,进而提出“以高强预应力锚杆(索)为核心,浅、深孔分次注浆为基础,底角与底板锚注加固为关键”的全断面强化联合控制方案。结合支护方案特点提出实现内、外承载的“耦合叠加承载拱”结构。该耦合承载拱将支护体与围岩的相互作用和所提供的径向支护力相统一,对锚杆(索)支护阻力具有显著的放大作用。研究结果表明:围岩残余范围随硬化系数、软化系数、支护阻力及内聚力和内摩擦角的增大而减小,随扩容系数的增大而增大,而残余区、塑性软化区、塑性硬化区的边界发生渐进式扩展变换是导致围岩大规模破碎和锚杆(索)锚固失效根本原因。通过工程计算得到轨道大巷围岩屈服软化时的原岩应力阈值可达29.09 MPa,验证了支护方案的可靠性。轨道大巷经联合控制后围岩变形量仅为原支护参数下的12.6%~14.3%,在40 d后变形速率低于0.2 mm/d,实现了对巷道的稳定性控制。

李雅庄煤矿巷道底鼓机理探讨

以李雅庄煤矿2-6182回风顺槽巷道大变形且发生明显底鼓为工程背景,通过顶底板岩石物理力学参数测试和巷道底鼓机理分析,采用工程实践的方法对该弱胶结底板岩层的底鼓机理和巷道大变形模型进行研究,最终确定采用“反底拱+底板锚索”辅以锚杆锚索联合支护的模式可以获得较好的支护效果。在2-6182回风顺槽进行了工程参数验证,监测结果显示巷道两帮最大移近量仅为50 mm,达到巷道使用要求。

复杂地质环境中隧道修建仰拱病害处治临时支撑新技术研究

隧道穿越复杂地层区域,受不良地质构造影响,结构受力复杂且难以预测。由于公路隧道多为扁平状,仰拱矢跨比较小,仰拱成为病害发生的一个重点区域。为减少仰拱病害,拟研究一种可用于二衬及仰拱结构的临时支撑。通过结构验算结果可知:当以水平构造应力为主且仰拱承受主动形变压力时,路面隧道中线部位、两侧路面与水沟的连接部位为危险区域。使用临时支撑可改善结构的受力性能,结构安全系数不同程度提升,可起到加固作用。

软岩回采巷道底臌破坏机制与支护技术

软岩巷道底臌治理一直是软岩支护中重点攻关的难题之一,作为受采动压力影响的软岩回采巷道来说,巷道的底臌问题尤为突出。针对山东能源临矿集团上海庙矿区软岩大变形技术难题,首先从巷道底臌变形的力学机制入手,根据巷道围岩本构关系及应力作用模式,在结合朗肯压力理论的基础上建立了剪切错动型巷道底臌力学模型,导出了巷道底臌力源P0的计算方程。计算分析知,当底臌压力P0大于底板岩体的强度极限时,巷道底板岩体将发生剪切和扩容变形挤入巷道空间,随时间效应的加大最终导致巷道底臌;其次,结合建立的底臌力学模型,提出了一种与剪切错动型巷道底臌力学机理相适应的新型反底拱底臌控制技术,对反底拱伸出段、底板预应力锚杆和反底拱主体段3部分在底臌控制过程中的作用进行理论分析,揭示了其“控底-助帮”的底臌控制机理,并综合数值计算和正交实验的方法对新型反底拱结构的3个主要参数进行试验优化,模拟显示影响巷道底臌量指标的主要因素为底板超挖深度和反底拱伸出段长度,影响巷道两帮移近量指标的主要因素为反底拱伸出段长度;最后,通过对榆树井矿13803工作面回风巷原始支护条件下底板压力的验算,确定了底板围岩压力与矿井水的耦合作用是造成该巷道底臌的主要原因,并根据优化后的底板治理方案在榆树井煤矿13803工作面回风巷返修段进行工业性试验。工程实践表明,该项新技术控制软岩回采巷道底臌及两帮变形效果较好,有效保证了工作面回采期间巷道的稳定性。

深部软岩底鼓巷道锚注联合支护技术

为了解决煤矿深部软岩巷道底鼓难以控制的难题,提出了有效控制深部软岩巷道底鼓的注浆锚杆、锚索锚注联合支护方案。根据金龙煤矿南采区轨道上山锚注联合支护实际支护效果,提出了反悬复合拱式底板注浆结构,并分析了结构体的稳定性。结果表明:巷道锚注后,两帮平均移近量仅为35.5 mm;平均底鼓量仅为45.5 mm;顶板基本无下沉。锚注联合支护技术能提高深部软岩巷道岩体强度、改善围岩力学性能和结构、提高围岩的整体承载能力,从而有效地控制了深部软岩巷道底鼓。

直墙半圆拱U型钢封闭支架控底力学模型及应用

针对深部巷道底臌治理难题,建立了直墙半圆拱整体支架的力学模型,运用极限载荷法推导了高应力条件下的支架承载能力和反拱临界失稳载荷,将反拱拱高与半径的比值定义为反拱控底影响因子ζ,研究了ζ在0-0.7范围内不同巷道宽度的反拱支架受力特征及稳定性。计算表明：对于净宽为5 m的巷道,反拱矢跨比宜取值在0.2-0.3,反拱控底影响因子和反拱半径的最佳取值分别为0.2和4 m,在淮南矿业集团丁集矿西11-2开拓巷道50 m试验段工程实践表明该支架对底臌具有良好的控制能力,2 a期的巷道底臌小于50 mm,且不需要卧底返修。

管棚钢拱架锚索联合支护在大落差断层组中的应用

以顾北矿南翼(11-2)煤层回风巷过F104断层异常带巷道为工程背景,介绍了断层区域岩石裂隙发育,局部富水性较强,岩层软化膨胀变形、泥化程度高等支护特点,在掘前超前加固及掘后有效支护、充分利用和发挥围岩的自承载能力的基础上,用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的综合研究方法,系统研究了顾北矿F104断层异常地质构造带巷道安全掘进与加固技术,结果说明了围岩经过注浆加固后裂隙得到充填,巷道围岩没有出现新的裂隙及离层现象,顺利通过断层构造带,取得工业性试验成功。

反拱水垫塘衬砌结构整体稳定性研究

本文针对拉西瓦水电站的水垫塘的反拱式底板,通过数值计算,研究了正向荷载和反向荷载作用下的锚固钢筋水平、基岩弹性模量、静水压力和板块分块数量对反拱水垫塘底板整体稳定性的影响,论证了底板的稳定性。

深井软岩大断面硐室二次加固技术及稳定性分析

软岩大断面硐室的支护问题被视为困扰当今煤矿生产的主要难题之一。针对磴槽煤矿600m埋深十平泵房硐室传统支护效果不佳的情况,采用锚网喷、锚索及二次注浆联合支护方案对硐室进行修复加固,并采用底角锚杆及反底拱来防止底鼓的产生,取得了较好的支护效果。为验证该支护方案的机理,应用了大型非线性有限元计算软件ABAQUS进行模拟计算,通过对计算结果的分析,得到了硐室开挖后的应力变化及塑性区的扩展规律,并验证了锚杆组合拱理论和锚索悬吊理论。

多点激励下大跨度连续刚架拱组合桥的空间地震响应分析

新光大桥位于广州新光快速路主干线,是世界上第一座三跨连续钢桁拱与钢筋混凝土V型刚构结合的钢-混凝土组合体系桥梁,主桥跨度为177 m+428 m+177 m,在目前同类型桥梁中,主桥长度位居世界第一.该桥结构新颖、造型独特.本文以广州新光大桥为例,详细分析了大跨度连续刚架-拱组合结构桥梁在纵桥向和横桥向地震一致激励和多点激励作用下的地震响应.研究表明多点激励对主拱肋上、下弦杆以及V型刚架斜腿地震内力响应均有较大影响,而对边拱肋轴力影响很小,并且纵桥向多点激励要比横桥向多点激励对结构的影响要明显.

中里坪浆砌石拱坝坝体应力分析和评价

针对中里坪拱坝实际工程情况,运用多拱梁法进行了应力计算和分析,以便掌握坝体在不同荷载组合工况的应力分布状况,为大坝可行性评价及蓄水过程提供理论依据。计算结果表明:(1)中里坪拱坝的主压应力在三种组合工况下均满足规范要求,拱坝结构有一定的安全裕度;(2)主拉应力也都在规范允许范围内。

基于FLAC仿真计算的巷道底鼓预控技术"

采用FLAC模拟分析的方法,对某矿红土层中巷道采用底拱和反底拱2种不同支护方式下围岩力学行为进行了研究,系统分析了不同支护方式下围岩应力、位移及塑性区的变化情况。研究结果表明:采用反底拱进行硐室支护后,硐室底鼓量为50 mm,顶板监测点下沉量为50 mm,均为采用底拱支护技术的1/9左右;底板的垂直流变速度为8.64 mm/d,为采用底拱支护技术的1/3;最大应力明显降低。反底拱支护显著提高了围岩的强度和承载能力,有效地控制了软岩巷道的底板变形膨胀。

回采巷道锚杆拱形布置支护研究

利用平面应力试验台,分别构建了回采巷道1(锚杆矩形布置支护)和回采巷道2(锚杆拱形布置支护)模型。通过计算机软件进行数值模拟论证,分析对比测试数据和加载后两个巷道的变化情况,得出在回采巷道中,锚杆拱形布置支护比锚杆矩形布置支护能承受更大的上覆岩层的应力作用的结论,认为锚杆拱形布置支护效果优于锚杆矩形支护。

复杂环境下大跨地铁风道结构建造方案研究

采用PBA工法建造的大跨地铁风道结构施工顺序主要有逆作法和顺作法两种方法。为克服传统PBA工法存在的问题,以北京地铁8号线三期工程大红门桥站-和义站区间附属大跨风道为背景,提出一种风道负1层和负2层分别顺作的施工方案,并采用三维数值模拟方法,对风道结构不同施工方案进行研究。针对风道拱部的中导洞开挖跨度大、地层沉降控制难度大的特点,提出一种联合支护结构。工程实践表明:负1层和负2层分别顺作的结构施工方案更有利于地层沉降控制及结构安全,联合支护结构有效控制了大跨中导洞开挖引发的地层沉降,确保周边环境安全和结构自身安全。

冲击载荷下锚杆托板及组合构件力学性能试验研究

在冲击地压巷道中,冲击载荷会造成锚杆支护系统构件与围岩相互作用力急剧增加,托板在高作用力下易出现变形破坏。针对上述问题,采用微机控制电液伺服试验机和自主研发的落锤冲击试验装置,对煤矿常用的拱形托板及其组合构件等3种试样进行了力学性能测试,获取试样静载力-位移曲线、冲击力时程曲线、位移时程曲线及变形破坏特征,分析了锚杆托板及组合构件的抗冲击性能。研究结果表明:静载作用下,托板承载力位于228~243 kN,最大变形量14.10 mm,变形呈现拱高降低、四角翘起、连接部位向圆心转移等特征。动载作用下,托板变形均经历拱高降低、四角翘起及压平3个阶段,冲击能量为500~3 000 J时,冲击力时程曲线呈现急剧上升阶段、震荡作用阶段和迅速下降阶段;冲击能量为3 500~5 000J时,冲击力时程曲线呈急剧上升阶段、震荡稳载阶段、震荡上升阶段和迅速下降阶段。随着冲击能量的增加,试样的冲击力峰值均逐渐增大,与静载相比,托板试样的动载荷峰值较大。试样位移时程曲线可分为弹塑性变形和回弹变形两阶段,弹塑性变形阶段变形量与作用时间呈现线性关系,正、反向及组合构件最大形变量平均作用时间占比分别为68.66%、69.25%、66.66%;回弹变形阶段,3种试样平均弹性形变量分别为1.71、1.84、3.23 mm。整个冲击过程中,3种试样冲击能量平均转化率分别为96.82%、97.33%、93.78%。总体来看,托板正、反向冲击力学性能及变形特征一致性较好,与单独托板相比,组合构件可实现吸能、延长冲击力整体作用时间、缩短震荡作用时间、改善托板承载特性等作用。研究成果为冲击地压巷道锚杆支护的托板及组合构件选取提供一定借鉴。